工藝設(shè)計(jì)方法

1、1.1計(jì)算BOD-污泥負(fù)荷（Ns）BOD-污泥負(fù)荷是CASS工藝的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，其計(jì)算公式為： （1）式中： NsBOD-污泥負(fù)荷，kgBOD5/(kgMLSS·d)，生活污水取0.050.1kgBOD5/(kgMLSS·d)，工業(yè)廢水需參考相關(guān)資料或通過試驗(yàn)確定； K2有機(jī)基質(zhì)降解速率常數(shù)，L/(mg·d)； Se混合液中殘存的有機(jī)物濃度，mg/L；有機(jī)質(zhì)降解率，； 混合液中揮發(fā)性懸浮固體濃度與總懸浮固體濃度的比值，一般在生活污水中，0.75。 （2）式中： MLVSS混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度，mg/L； MLSS混合液懸浮固體濃度，mg/L；1.2 CASS池

2、容積計(jì)算CASS池容積采用BOD-污泥負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為： （3）式中：VCASS池總有效容積，m3； Q污水日流量，m3/d； Sa、Se進(jìn)水有機(jī)物濃度和混合液中殘存的有機(jī)物濃度，mg/L；X混合液污泥濃度（MLSS），mg/L； NsBOD-污泥負(fù)荷，kgBOD5/(kgMLSS·d)； 混合液中揮發(fā)性懸浮固體濃度與總懸浮固體濃度的比值。1.3 容積校核 CASS池的有效容積由變動(dòng)容積和固定容積組成。變動(dòng)容積（V1）指池內(nèi)設(shè)計(jì)最高水位和潷水器排放最低水位之間的容積；固定容積由兩部分組成，一部分是安全容積（V2），指潷水水位和泥面之間的容積，安全容積由防止?jié)畷r(shí)污泥流失的最小

3、安全距離決定；另一部分是污泥沉淀濃縮容積（V3），指沉淀時(shí)活性污泥最高泥面至池底之間的容積。 CASS池總的有效容積： Vn1×（V1V2V3） （4）式中：VCASS池總有效容積，m3；V1變動(dòng)容積，m3；V2安全容積，m3；V3污泥沉淀濃縮容積，m3；n1CASS池個(gè)數(shù)。設(shè)池內(nèi)最高液位為H（一般取35m），H由三個(gè)部分組成：HH1H2H3 （5）式中：H1池內(nèi)設(shè)計(jì)最高水位和潷水器排放最低水位之間的高度，m； H2潷水水位和泥面之間的安全距離，一般取1.52.0m；H3潷水結(jié)束時(shí)泥面的高度，m；其中： （6）式中： A單個(gè)CASS池平面面積，m2； n2一日內(nèi)循環(huán)周期數(shù)；H3H&#

4、215;X×SVI×103 （7）式中：X最高液位時(shí)混合液污泥濃度，mg/L； 污泥負(fù)荷法計(jì)算的結(jié)果，若不能滿足H2H（H1H3），則必須減少BOD-污泥負(fù)荷，增大CASS池的有效容積，直到條件滿足為止。1.4 設(shè)計(jì)方法分析從上述設(shè)計(jì)方法的描述中可以看出，現(xiàn)行的CASS工藝設(shè)計(jì)具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：1、設(shè)計(jì)方法簡單，設(shè)計(jì)參數(shù)單一，在傳統(tǒng)的以污泥負(fù)荷為主要設(shè)計(jì)參數(shù)的活性污泥設(shè)計(jì)法基礎(chǔ)上，采用容積進(jìn)行校核，以保證潷水過程中的污泥不流失。2、設(shè)計(jì)只針對(duì)主反應(yīng)區(qū)容積，而生物選擇區(qū)容積則是按照主反應(yīng)區(qū)容積的5設(shè)計(jì)。3、污泥負(fù)荷法設(shè)計(jì)重點(diǎn)針對(duì)有機(jī)物質(zhì)的降解，對(duì)脫氮未加考慮，難以滿足污

5、水排放對(duì)于氮的要求，故此方法具有片面性，難以滿足高氨氮污水處理后達(dá)標(biāo)排放。2 CASS工藝設(shè)計(jì)方法改進(jìn)2.1 主反應(yīng)區(qū)容積設(shè)計(jì)主反應(yīng)區(qū)設(shè)計(jì)采用泥齡法，并用污泥負(fù)荷進(jìn)行校核，其設(shè)計(jì)步驟如下：1、計(jì)算硝化菌的最大比增長速率當(dāng)污水pH和DO都適合于硝化反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，計(jì)算亞硝酸菌的比增長速率公式為：（8）式中：N,max硝化菌的最大比增長速率，d-1；T硝化溫度，；2、計(jì)算穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的硝化菌比增長速率（9）式中：N硝化菌的比增長速率，d-1；N硝化出水的NH3-N濃度，mg/L；KN飽和常數(shù)，設(shè)計(jì)中一般取1.0mg/L。3、計(jì)算完成硝化反應(yīng)所需的最小泥齡 （10） 式中：最小泥齡，d；N硝化菌的比增

6、長速率，d1。4、計(jì)算泥齡設(shè)計(jì)值本處采用Lawrence和McCarty在應(yīng)用動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行生物處理過程設(shè)計(jì)時(shí)提出的安全系數(shù)（SF）概念，SF可以定義為：SF/（11）式中：設(shè)計(jì)泥齡，d；SF使生物硝化單元在pH值、溶解氧濃度不滿足要求或者進(jìn)水中含有對(duì)硝化有抑制作用的有毒有害物質(zhì)時(shí)仍能保證達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的處理效果。美國環(huán)保局建議一般取1.53.0。5、計(jì)算以VSS為基礎(chǔ)的含碳有機(jī)物（COD）的去除速率活性異養(yǎng)菌生物固體濃度X1可用下式計(jì)算： （12）式中：X1活性異養(yǎng)菌生物固體濃度，mg/L；YH異養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)，gVSS/gCOD或gVSS/gBOD； bH異養(yǎng)菌內(nèi)源代謝分解系數(shù)，d1； S0

7、進(jìn)水有機(jī)物濃度，mgCOD/L或mgBOD/L； S1出水有機(jī)物濃度，mgCOD/L或mgBOD/L； 設(shè)計(jì)泥齡，d； t水力停留時(shí)間，d； 活性生物固體表觀產(chǎn)率系數(shù)，YH,NET將含碳有機(jī)物的去除速率定義為： （13）則可以得到下式：1/YH,NET·qH （14） 曝氣池混合液VSS由三部分組成：活性生物固體、微生物內(nèi)源代謝分解殘留物和吸附在活性污泥上面不能為微生物所分解的進(jìn)水有機(jī)物，VSS濃度可以表示為： （15） 式中：XVSS濃度，mg/L； S基質(zhì)濃度變化，mgCOD/L或mgBOD/L； YH以VSS為基礎(chǔ)的產(chǎn)率系數(shù)，gVSS/gCOD或gVSS/gBOD； b以VSS

8、為基礎(chǔ)的活性污泥分解系數(shù)，d-1；以VSS為基礎(chǔ)的（濃度為X）的有機(jī)物去除速率可以表示為：1/YH,NET·qOBS （16）6、計(jì)算生化反應(yīng)器水力停留時(shí)間t （17）7、主反應(yīng)區(qū)容積：VNQ t （18）式中：VN主反應(yīng)區(qū)容積，m3；Q進(jìn)水流量，m3/d；8、有機(jī)負(fù)荷校核有機(jī)負(fù)荷F/M：（19）式中：MLVSS/MLSS，一般取0.7。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)論，若F/M不在0.180.25 kgCOD/(kgMLSS·d)，則需改變泥齡，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。10、氨氮負(fù)荷校核氨氮負(fù)荷SNR：（20）式中：N主反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生NO3-N總量TKN，mg/L。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)論，若SNR0.045

9、 kg NH3-N/(kgMLSS·d)，則需增大泥齡，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。2.2 預(yù)反應(yīng)區(qū)容積設(shè)計(jì) 預(yù)反應(yīng)區(qū)的功能設(shè)計(jì)為反硝化，其設(shè)計(jì)步驟如下： 1、計(jì)算反硝化速率SDNR反硝化速率可以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果或文獻(xiàn)報(bào)道值確定，也可以按下面的方法計(jì)算：溫度20時(shí)：SDNR ( 2 0) 0.3F/M0.029（21）溫度T時(shí)： SDNR (T) SDNR (2 0) ·( T- 2 0 ) (為溫度系數(shù)，一般取1.05) （22）2、缺氧池的MLVSS總量為：LAQND/ SDNR (T) （23）式中：ND反硝化去除的NO3-N，kgN/d。3、缺氧池的容積：VAN=1000LA/X （

10、24）4、缺氧池的水力停留時(shí)間：tAVAN/Q （25）5、系統(tǒng)的總泥齡： （26）2.3 反應(yīng)器尺寸的確定CASS反應(yīng)器尺寸的確定主要是確定反應(yīng)器的高度和面積，以滿足泥水分離和潷水的需要。由于預(yù)反應(yīng)區(qū)始終處于反應(yīng)狀態(tài)，不存在泥水分離的問題，且預(yù)反應(yīng)區(qū)底部通過導(dǎo)流孔與主反應(yīng)區(qū)相連，其水面高度與主反應(yīng)區(qū)平齊，因此計(jì)算出主反應(yīng)區(qū)的設(shè)計(jì)高度也同時(shí)計(jì)算出了預(yù)反應(yīng)區(qū)的水面高度。所以反應(yīng)區(qū)尺寸的確定主要是主反應(yīng)區(qū)尺寸的確定。CASS池的泥水分離和SBR相同，生物處理和泥水分離結(jié)合在CASS池主反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行，在曝氣等生物處理過程結(jié)束后，系統(tǒng)即進(jìn)入沉淀分離過程。在沉淀過程初期，曝氣結(jié)束后的殘余混合能量可用于生

11、物絮凝過程，至池子趨于平靜正式開始沉淀一般持續(xù)10min左右，沉淀過程從沉淀開始后一直延續(xù)至潷水階段結(jié)束，沉淀時(shí)間為沉淀階段和潷水階段的時(shí)間總和。污泥泥面的位置則主要取決于污泥的沉降速度，污泥沉速主要與污泥濃度、SVI等因素有關(guān)，在CASS系統(tǒng)中，污泥的沉降速度vS可簡單地用下式計(jì)算：vS650/(XT×SVI) （27）式中：vS污泥沉速(m/h)；XT在最高水位時(shí)濃度(kg/m3)，為安全計(jì)，采用主反應(yīng)區(qū)中設(shè)計(jì)值 X，一般取30004200 mg/L；SVI污泥沉降指數(shù)(mL /g)。為避免在潷水過程中將活性污泥帶出系統(tǒng)，需要在潷水水位和污泥泥面之間保持一最小的安全距離HS。為保

12、持潷水水位和污泥泥面之間的最小安全距離，污泥經(jīng)沉淀和潷水階段后，其污泥沉降距離應(yīng)H+HS，期間所經(jīng)歷的實(shí)際沉淀時(shí)間為(tstd10/60)h，故可得下式：vS×(ts td 10/60)H+HS （28） 式中：H最高水位和最低水位之間的高度差，也稱潷水高度(m)，H一般不超過池子總高的40%，與潷水裝置的構(gòu)造有關(guān)，一般其值最大在2.02.2m左右；ts沉淀時(shí)間；td潷水時(shí)間。聯(lián)立式（6.47）和(6.48)即可得：（29） 式中：V周期進(jìn)水體積(m3)；A池子面積(m2)；HT最高水位(m)；式中沉淀時(shí)間ts、潷水時(shí)間td可預(yù)先設(shè)定，根據(jù)水質(zhì)條件和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可選擇一定的SVI值，安全

13、高度HS一般在0.60.9m左右。V由進(jìn)水量決定，這樣式(29)中只有池子高度HT和面積A未定。根據(jù)邊界條件用試算法即可求得式(29)中的池子高度和面積。高度HT和面積A的確定方法為：先假定某一池子高度HT，用式(29)求得面積A，從而可求得潷水高度H，如潷水高度超過允許的范圍，則重新設(shè)定池子高度，重復(fù)上述過程。在求得HT和池子面積A后，即可求得最低水位HB： HBHTHHTV/A（30）最高水位時(shí)的MLSS濃度XT已知，最低水位時(shí)的MLSS濃度則可相應(yīng)求得：XBXT×HT /HB（31）最低水位時(shí)的設(shè)計(jì)MLSS濃度一般應(yīng)不大于6.0kg/m3。2.4 剩余污泥計(jì)算每日從系統(tǒng)中排出的VSS重量為L：LX (VANVN) / （32）式中：L每日從系統(tǒng)中排出的VSS重量，kg/d。2.5 需氧量計(jì)算1、BOD的去除量